В новом исследовании исследователи Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе проанализировали профили экспрессии генов у более чем 2000 пациентов и смогли идентифицировать специфичные для рака сигнатуры генов рака груди, легких, простаты и яичников. В исследовании был применен инновационный подход к анализу генного массива, известный как «неожиданный анализ», который использует принципы термодинамики – изучение взаимосвязи между различными формами энергии – для понимания клеточных процессов при раке.
Исследование появится в раннем онлайн-издании Proceedings of the National Academy of Sciences и будет опубликовано в следующем печатном издании.
Неожиданный анализ позволяет исследователям наблюдать, как клеточная энергия расходуется в раковых клетках и как этот процесс влияет на то, как эти клетки выбирают экспрессию определенных генов. В частности, ученые могут посмотреть, как раковые клетки решают использовать энергию при экспрессии критических генов, которые позволяют им сохраняться и расти.
Идентифицируя такие специфичные для рака сигнатуры генов, ученые могут с высокой точностью отличить образцы биопсии больных раком от контрольных образцов и потенциально идентифицировать новые биомаркеры рака для раннего выявления заболевания и разработки новых методов лечения.
Соавтор исследования Рафаэль Левин, выдающийся профессор химии и биохимии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, а также медицинской и молекулярной фармакологии, и его коллеги-исследователи надеются, что специфические для рака сигнатуры, которые они идентифицируют с помощью неожиданного анализа, обеспечат «термодинамические цели» против рака.
«Мы считаем, что эта статья вводит новый признак рака – термодинамическую сигнатуру – где перераспределение свободной энергии между клеточными биомолекулами в раковом состоянии, не наблюдаемое в нераковом состоянии, поддерживает болезнь», – сказал Левин. преподаватель Колледжа литературы и науки Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. «Дальнейшая сила неожиданного анализа в будущем заключается в его способности обнаруживать« потенциальные возможности пациента », что означает, что в анализе могут быть обнаружены индивидуальные для каждого пациента различия, что вновь открывает возможность персонализированной медицины на арене рака."
В том же году, когда была объявлена война раку, Левин впервые сформулировал неожиданный анализ со своими коллегами, покойным Ричардом Бернстайном из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Авиноамом Бен-Шаулем, признав необходимость лучше понять и охарактеризовать то, как системы используют энергию.
С тех пор неожиданный анализ стал важнейшим инструментом анализа химической, ядерной и физической динамики. За это исследование Левин был удостоен премии Вольфа по химии в 1988 году.
В последние несколько лет Левин и его коллеги попытались распространить неожиданный анализ на биологические системы. Поскольку теоретический подход позволяет контролировать небольшие системы, которые не находятся в термодинамическом равновесии, живые раковые клетки предоставляют очень подходящую возможность для изучения.
Ожидается, что прогресс в области персонализированной медицины изменит сферу лечения рака. Но определение подхода, который может дать исследователям осуществимый количественный метод для определения сигнатур специфичных для рака генов и характеристики рака у отдельных пациентов, остается «непростой задачей», – сказал Левин, член U.S. Национальная Академия Наук.
Новое исследование предполагает, что может существовать эффективный подход к выявлению специфических для рака признаков. Обнадеживая, Левин и его соавторы подчеркивают, что результаты являются предварительными и что любая практическая диагностика, полученная в результате этого исследования, потребует значительной дополнительной и обширной научной проверки.
Смертность от рака за последнее десятилетие снизилась лишь незначительно, в основном благодаря профилактическим мерам в области здравоохранения, таким как отказ от курения и плановые осмотры. Выявление маркеров рака остается сложной задачей.
Однако современная технология генетического секвенирования позволяет измерять уровни экспрессии многих генов. Недавняя разработка крупномасштабных геномных подходов и инициатив по секвенированию позволила получить несколько биомаркеров-кандидатов для обнаружения рака, но очень немногие из них оказались достаточно надежными, чтобы хорошо работать на практике.
Неспособность распространить эти биомаркеры со стенда на клинику возникает из-за ограниченной способности отделять пшеницу от плевел при просмотре часто непреодолимых данных, полученных с помощью геномных технологий, сказал Левин.